實(shí)木家具智能油漆工作臺(tái)研究

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關(guān)鍵詞：智能識(shí)別；大數(shù)據(jù)分析；油漆工作臺(tái)

1概述

1.1背景概述

隨著生活質(zhì)量要求的不斷提升，實(shí)木家具受到越來越多的人們的喜愛。近年來還衍生出了新的行業(yè)——家具美容業(yè)。除此之外，家具愛好者的數(shù)量也在逐年增多。隨著實(shí)木家具的發(fā)展，油漆工“一匠難求”的現(xiàn)象屢見不鮮。另外，家具的上漆配色也是一大難題，怎樣減小配色色差也是衡量一個(gè)油漆工技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。再有，目前人工家具上漆工作效率低，不利于工廠大批量生產(chǎn)。基于以上市場痛點(diǎn)我們研發(fā)實(shí)木家具智能油漆工作臺(tái)。1.2主要研究內(nèi)容（1）研究圖像識(shí)別算法，解決油漆工調(diào)色難，色差不穩(wěn)定的問題。（2）研究藍(lán)牙通訊技術(shù)，解決系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性不高的問題。（3）研究調(diào)色系統(tǒng)與氣動(dòng)系統(tǒng)的連接與控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴漆方案的形成。

2研究介紹

2.1工作過程

工作過程如圖1所示。首先準(zhǔn)備好需要噴漆的物品，啟動(dòng)設(shè)備，設(shè)備上智能識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別色度、家具外形結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析色彩組成、三維逆向建模。使用自主設(shè)計(jì)的算法計(jì)算出最佳的噴漆方案（包括色度，用漆量等），如圖2。在通過配色系統(tǒng)自動(dòng)配色后噴漆。最后，識(shí)別已噴漆物品色度是否符合要求，判斷是否需要二次噴漆，直到色彩符合要求為止。

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1機(jī)械部分框架：采用的是多功能型鋁合金型材拼接而成。保證了設(shè)備的美觀，結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)實(shí)耐用料罐：設(shè)計(jì)在設(shè)備內(nèi)部，使得前后配重相同，距離噴口近可節(jié)省管材。上口為收口式設(shè)計(jì)，不易將家具漆灑出，還可以保證良好的通氣和灌裝家具漆漆。噴涂裝置：采用氣壓式噴涂結(jié)構(gòu)。2.2.2電氣部分主控系統(tǒng)：選用RaspberryPi4來控制。可以根據(jù)實(shí)木家具的噴漆要求對智能識(shí)別模塊、自動(dòng)混色系統(tǒng)及氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。氣動(dòng)系統(tǒng)：選用220v-1B-35L，該型號(hào)氣泵具有便捷，穩(wěn)定，安全等特點(diǎn)，流量大和體積小的特點(diǎn)很適合本設(shè)備。自動(dòng)混色系統(tǒng)：選用JJ-1型攪拌機(jī)輔以氣動(dòng)系統(tǒng)控制調(diào)色，該型號(hào)攪拌機(jī)具有啟動(dòng)穩(wěn)定，效率高，壽命長等優(yōu)點(diǎn)智能識(shí)別模塊：采用GY33顏色傳感器和藍(lán)牙裝置，且有三種控制模式可精準(zhǔn)識(shí)別顏色數(shù)據(jù)。供電模塊：主要給各系統(tǒng)供電模塊，供各系統(tǒng)正常工作，如圖3。

2.3軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)施工過程優(yōu)化控制流程，達(dá)到最優(yōu)效率。2.3.1RaspberryPi4與藍(lán)牙通訊程序設(shè)計(jì)通過RaspberryPi4UART串口通訊技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊通過BLETooch4.1通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到顏色識(shí)別系統(tǒng)控制顏色識(shí)別。2.3.2RaspberryPi4控制液壓系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)根據(jù)識(shí)別的自動(dòng)完成，將參數(shù)整定為RaspberryPi4信號(hào)輸出，通過信號(hào)控制電磁閥通斷，從而控制各種顏色油漆的用量。2.3.3RaspberryPi4與顏色識(shí)別系統(tǒng)通訊程序設(shè)計(jì)利用RaspberryPi4與顏色識(shí)別模塊通訊獲得家具顏色的RGB數(shù)據(jù)，通訊過程采用加密協(xié)議，保障了鏈路層的安全性，軟件流程圖如圖4。

2.4可解決的市場痛點(diǎn)

（1）智能識(shí)別色度，智能配色可解決家具上漆調(diào)色難，好的油漆工一匠難求的問題。實(shí)現(xiàn)了有經(jīng)驗(yàn)油漆工的技藝固話。（2）生成智能噴漆方案，可解決解決工廠刷漆效率低、油漆有損身體健康的問題。

2.5創(chuàng)新點(diǎn)

2.5.1創(chuàng)新點(diǎn)1：自主設(shè)計(jì)的識(shí)別分析算法，生成智能噴漆方案（1）圖像識(shí)別算法的設(shè)計(jì)與各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。圖像識(shí)別使用的基于TCS34725芯片開發(fā)的GY33模塊，可以讀取圖像顏色數(shù)據(jù)傳至MCU處理，經(jīng)過藍(lán)牙模塊透傳到RaspberryPi4進(jìn)行顏色數(shù)據(jù)分離處理。RaspberryPi4通過自主設(shè)計(jì)改良的算法，精準(zhǔn)計(jì)算出各顏色用漆量，控制調(diào)色系統(tǒng)精準(zhǔn)調(diào)色。經(jīng)測試及測量，配色色度與有經(jīng)驗(yàn)的油漆工無異，肉眼難以分辨，色度對比如表1。（2）藍(lán)牙通訊加密協(xié)議的處理。藍(lán)牙通訊我們未使用目前通用的Bluetooth4.0協(xié)議。Bluetooth協(xié)議易被攻破，數(shù)據(jù)容易別篡改、竊取。我們使用了安全性更高的穩(wěn)定性更好的CAI協(xié)議，并根據(jù)設(shè)備需要進(jìn)行了修改，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備可各自分離管理，互不影響，一機(jī)一通道。保證了數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的同時(shí)加強(qiáng)了安全性。（3）調(diào)色系統(tǒng)與氣動(dòng)系統(tǒng)的連接與控制。我們嘗試了調(diào)色系統(tǒng)與氣動(dòng)系統(tǒng)的多種連接方法，經(jīng)測試，我們選用了結(jié)構(gòu)最精簡、效率最穩(wěn)定的“賽風(fēng)式結(jié)構(gòu)”。此結(jié)構(gòu)借鑒了賽風(fēng)壺的原理，能夠精確的控制用漆量，并且結(jié)構(gòu)精簡，效率穩(wěn)定，是理想的結(jié)構(gòu)。2.5.2創(chuàng)新點(diǎn)2：基于大數(shù)據(jù)分析的智能噴涂生產(chǎn)工藝管理系統(tǒng)對于實(shí)木家具生產(chǎn)企業(yè)，本設(shè)備可以智能識(shí)別首批家具外形后系統(tǒng)三維建模，生成工藝數(shù)據(jù)，后續(xù)批次家具可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴涂。

3市場定位及進(jìn)度

3.1市場定位

實(shí)木家具智能油漆工作臺(tái)現(xiàn)已基本完成，我們具有理論與實(shí)踐的雙重驗(yàn)證。本設(shè)備是一系列的設(shè)備，針對手工愛好者我們設(shè)計(jì)了便攜式，針對家具美容業(yè)我們有實(shí)用型，針對家具生產(chǎn)企業(yè)我們有生產(chǎn)型。總之，我們智慧賦能實(shí)木家具產(chǎn)業(yè)，讓該行業(yè)更多彩。

3.2項(xiàng)目進(jìn)度

目前本設(shè)備已完成產(chǎn)品的研發(fā)階段，手工樣品制作階段、產(chǎn)品的驗(yàn)證階段，正在進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)推廣階段。

4結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)際的市場調(diào)研，一名工人刷漆效率約5-8件/天，勞動(dòng)強(qiáng)度大，近距離接觸未固化家具漆會(huì)對身體會(huì)造成一定的傷害。本設(shè)備實(shí)際噴涂效果與人工噴涂效果無明顯差異，按8小時(shí)工作制，機(jī)器的噴漆效率約20-30件/天，是目前純?nèi)斯に⑵嵝实?-6倍。另外，該設(shè)備一鍵啟動(dòng)、多種操作模式，但成本低廉。現(xiàn)場試用過程中，施工者無論知識(shí)水平高低都可短時(shí)間上手操作，頗受施工方好評，且迫切要求該設(shè)備上市。由此可見，其經(jīng)濟(jì)效益良好，應(yīng)用價(jià)值高。

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作者：欒玉靜 單位：德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院